燒堿裝置氯氣、氫氣處理工序初步設(shè)計(jì)

1、第一篇 氯氣處理目 錄第一篇 氯氣處理 1 第一章 總論 1一 概述 1二 氯氣處理的任務(wù)和方法 1三 工藝流程簡(jiǎn)介 2第二章 氯氣工藝計(jì)算 4一 氯氣處理工藝流程 4 二 計(jì)算依據(jù) 4三 工藝計(jì)算 5（一） 第一鈦冷卻器 5（二） 第二鈦冷卻器 8 （三） 硫酸干燥塔（填料塔） 10（四） 硫酸干燥塔（泡罩塔） 11第三章 主要設(shè)備設(shè)計(jì)及選型 13一 第一鈦冷卻器 13二 第二鈦冷卻器 20 三 硫酸干燥塔（填料塔） 25四 硫酸干燥塔（泡罩塔） 27五 除沫器 28 第二篇 氫氣處理 29 第一章 總論 29一 概述 29 二 氫氣處理工藝流程確定 30第二章 工藝計(jì)算 31 一 氫氣處理

2、工藝流程 31二 計(jì)算依據(jù) 31三 工藝計(jì)算 32（一）一段洗滌冷卻塔 32 （二）二段洗滌冷卻塔 34第三章 主要設(shè)備設(shè)計(jì)及選型 36一 一段洗滌塔 36二 二段洗滌塔 37三 主要管徑 38 四 氫氣輸送設(shè)備 39五 水輸送泵 39 六 液封循環(huán)水池 39七 氫氣緩沖罐 39 主要設(shè)備一覽表 40設(shè)計(jì)評(píng)述 41 參考文獻(xiàn) 42 第一篇 氯氣處理第一章 總論一. 概述1. 氯氣氯氣Cl2，分子量70.906，常溫下，氯是黃綠色，具有使人窒息氣味的氣體，有毒。氯氣對(duì)人的呼吸器官有強(qiáng)烈的刺激性，吸入過多時(shí)還會(huì)致死。氯氣比空氣重，約為空氣的2.5倍。氯氣能溶于水，但溶解度不大，溫度越高氯氣在水中的

3、溶解度越小。氯氣溶于水同時(shí)與水反應(yīng)生成鹽酸和次氯酸，因此氯水具有極強(qiáng)的腐蝕性。氯氣在四氯化碳，氯仿等溶劑中溶解度較大，比在水中的溶解度約大20倍。工業(yè)上利用氯氣在四氯化碳中有較大溶解度這一特點(diǎn)，用四氯化碳吸收氯堿廠產(chǎn)生的所有廢氯，然后再解吸回收氯氣。氯氣的用途極為廣泛，重要用途如：殺菌消毒、漂白及制漿、冶煉金屬、制造無機(jī)氯化物、制造有機(jī)氯化物及有機(jī)物。2. 氯堿工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位食鹽電解聯(lián)產(chǎn)的燒堿、氯氣、氫氣，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的所有部門均很需要，除應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)本身外，有輕工、紡織、石油化工、有色金屬冶煉和公用事業(yè)等方面均有很大用途，作為基本化工原料的“三酸二堿”中，鹽酸燒堿就占了其中兩種，而且

4、氯氣和氫氣還可進(jìn)一步加工成許多化工產(chǎn)品。所以氯堿工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)品幾乎涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)及人民生活的各個(gè)領(lǐng)域。3. 氯堿工業(yè)的特點(diǎn)氯堿工業(yè)的特點(diǎn)除原料易得、生出流程短外，主要還有三個(gè)突出問題:能量消耗大；氯與堿的平衡；腐蝕和污染。二. 氯氣處理的任務(wù)和方法從電解槽出來的濕氯氣，一般溫度較高，并伴有大量水蒸汽及鹽霧等雜質(zhì)。這種濕氯氣，對(duì)鋼鐵及大多數(shù)金屬有強(qiáng)烈的腐蝕作用，只有某些金屬材料或非金屬材料在一定條件下，才能耐濕氯氣的腐蝕。例如金屬鈦，聚氯乙烯、酚醛樹脂、陶瓷、玻璃、橡膠、聚酯、玻璃鋼等因而使得生產(chǎn)及運(yùn)輸極不方便。但干燥的氯氣對(duì)鋼鐵等常用材料的腐蝕在通常情況下時(shí)較小的，所以濕氯氣的干燥時(shí)生產(chǎn)和使用

5、氯氣過程中所必須的。氯氣干燥前通常先使氯氣冷卻，使?jié)衤葰庵械拇蟛糠炙羝焕淠?，然后用干燥劑進(jìn)一步出去水分。干燥后的氯氣經(jīng)過壓縮，再送至用戶。在不同的溫度與壓力下氣體中的含水量可以用水蒸汽分壓來表示。在同一壓力下，溫度愈高，含水量愈大。其水蒸汽分壓也就愈高。為了使氯氣能用鋼鐵材料制成的設(shè)備及管道進(jìn)行輸送或處理，要求氯氣的含水量小于0.05%（如果用透平壓縮機(jī)輸送氯氣，則要求含水量小于100ppm）。因此必須將氯氣中的水分進(jìn)一步除去。在工業(yè)上，均采用濃硫酸來干燥氯氣，因?yàn)闈饬蛩峋哂校海?）不與氯氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；（2）氯氣在硫酸中的溶解度小；（3）濃硫酸有強(qiáng)烈的吸水性；（4）價(jià)廉易得；（5）濃

6、硫酸對(duì)鋼鐵設(shè)備不腐蝕；（6）濃硫酸可以回收利用等特點(diǎn)，故濃硫酸時(shí)一種較為理想的氯氣干燥劑。當(dāng)溫度一定時(shí)，硫酸濃度愈高、其水蒸汽分壓愈低；當(dāng)硫酸濃度一定時(shí)，溫度降低，則水蒸汽分壓也降低。也就是說硫酸的濃度愈高、溫度愈低，硫酸的干燥能力也就愈大，即氯氣干燥后的水分愈少。但如果硫酸的溫度太低的話，則硫酸與水能形成結(jié)晶水合物而析出。因此原料硫酸與用后的稀硫酸在儲(chǔ)運(yùn)過程中，尤其在冬季必須注意控制溫度和濃度，以防止管道堵塞。硫酸濃度在84%時(shí)，它的結(jié)晶溫度為+8，所以在操作中一般將H2SO4溫度控制在不低于10。此外，硫酸與濕氯氣的接觸面積和接觸時(shí)間也是影響干燥效果的重要因素。故用硫酸干燥濕氯氣時(shí)，應(yīng)掌握

7、以下幾點(diǎn)：（1）硫酸的濃度，（2）硫酸溫度，（3）硫酸與氯氣的接觸面積和接觸時(shí)間。生產(chǎn)中使用的氯氣還需要有一定的壓力以克服輸送系統(tǒng)的阻力，并滿足用戶對(duì)氯氣壓力的要求。因此在氯氣干燥后還需用氣體壓縮機(jī)對(duì)氯氣進(jìn)行壓縮。綜上所述，氯氣處理系統(tǒng)的主要任務(wù)是：1 氯氣干燥； 2. 將干燥后的氯氣壓縮輸送給用戶；3. 穩(wěn)定和調(diào)節(jié)電解槽陽極室內(nèi)的壓力，保證電解工序的勞動(dòng)條件和干燥后的氯氣純度。三工藝流程簡(jiǎn)介1 氯處理工藝 根據(jù)氯處理的任務(wù)氯處理的工藝流程包括氯氣的冷卻、干燥脫水、凈化和壓縮、輸送幾個(gè)部分。 氯氣的冷卻氯氣的冷卻因方式的不同，可分為直接冷卻、間接冷卻和氯水循環(huán)冷卻三種流程。直接冷卻流程：工藝設(shè)

8、備投資少，操作簡(jiǎn)單，冷卻效率高，但是，此流程排出的污水含有氯氣，腐蝕管路，污染環(huán)境，同時(shí)使氯損失增大，且耗費(fèi)大量蒸汽。間接冷卻流程：操作簡(jiǎn)單，易于控制，操作費(fèi)用低，氯水量小，氯損失少，并能節(jié)約脫氯用蒸汽。冷卻后氯氣的含水量可低于0.5。氯水循環(huán)冷卻流程：冷卻效率高，操作費(fèi)用低于直接冷卻法，高于間接冷卻法，投資比前者告而低于后者。缺點(diǎn)是熱交換器所用冷卻水溫度要求低于15，因此需要消耗冷凍量并需增設(shè)氯水泵、氯水循環(huán)槽使流程復(fù)雜化。 氯氣的干燥氯氣干燥時(shí)均以濃硫酸為干燥劑，分為填料塔串聯(lián)硫酸循環(huán)流程和泡沫塔干燥流程。填料塔串聯(lián)硫酸循環(huán)流程：該流程對(duì)氯氣負(fù)荷波動(dòng)的適應(yīng)性好，且干燥氯氣的質(zhì)量穩(wěn)定，硫酸單

9、耗低，系統(tǒng)阻力小,動(dòng)力消耗省。但設(shè)備大，管道復(fù)雜，投資及操作費(fèi)用較高。泡沫塔干燥流程：此流程設(shè)備體積小，臺(tái)數(shù)少，流程簡(jiǎn)單，投資及操作費(fèi)用低。其缺點(diǎn)時(shí)壓力降較大，適應(yīng)氯氣負(fù)荷波動(dòng)范圍小，塔板易結(jié)垢，同時(shí)由于塔酸未能循環(huán)冷卻，塔溫高，因此出塔氯氣含水量高，出塔酸濃度高故酸耗較大。 氯氣的凈化氯氣離開冷卻塔，干燥塔或壓縮機(jī)時(shí)，往往夾帶有液相及固相雜質(zhì)。管式、絲網(wǎng)式填充過濾器是借助具有多細(xì)孔通道的物質(zhì)作為過濾介質(zhì)，能有效地去除水霧或酸霧，凈化率可達(dá)9499，而且壓力降較小，可用于高質(zhì)量的氯氣處理。2 工藝流程的確定氯處理工藝流程根據(jù)以上各流程的優(yōu)缺點(diǎn)最后確定氯氣處理工藝流程如下：兩段列管間接冷卻，硫酸

10、干燥塔（填料塔），硫酸干燥塔（泡罩塔）串聯(lián)干燥流程。此工藝效果好，氯氣輸送壓力大，設(shè)備少，系統(tǒng)阻力小，操作穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越。第二章 氯氣工藝計(jì)算一.氯氣處理工藝流程氯氣處理工藝流程見下，據(jù)此進(jìn)行物料衡算和熱量衡算。 圖2-1 氯氣處理工藝流程圖濕氯氣由電解到氯處理室外管道，溫度由85降至80后進(jìn)入氯處理系統(tǒng)，有部分水蒸氣冷凝下來，并溶解氯氣。進(jìn)入第一鈦冷卻器冷卻至46，再經(jīng)過二鈦冷卻器冷卻至18。然后進(jìn)入一段硫酸干燥塔，用80硫酸干燥脫水，出塔硫酸濃度降到60，出塔氣體最后進(jìn)入二段硫酸干燥塔，用98硫酸干燥脫水，出塔硫酸濃度降到75%,此時(shí)出塔的氣體含水量以完全滿足輸送要求，經(jīng)除沫器進(jìn)入透平

11、式氯壓機(jī)，經(jīng)壓縮后送至用戶。二 .計(jì)算依據(jù)1 生產(chǎn)規(guī)模：200kt/a100%NaOH；2年生產(chǎn)時(shí)間（按年工作日330天計(jì)算）：330×24=7920小時(shí)；3計(jì)算基準(zhǔn)：以生產(chǎn)1t100%NaOH為基準(zhǔn)；4來自電解工序濕氯氣的工藝數(shù)據(jù)見下表：45第一篇 氯氣處理表2-1 來自電解工序濕氯氣的溫度、壓力和組成項(xiàng)目氯氣備注項(xiàng)目氯氣備注溫度，85氯氣，kg/t100%NaOH88512.50mol總壓（表），Pa-10不凝性氣體（假設(shè)為空氣，下同）kg/t100%NaOH150.52kmol水蒸汽，kg/t100%NaOH310成分，%（干基）（v/v）96氣體總量，kg/t100%NaOH

12、1187 三. 工藝計(jì)算（一）第一鈦冷卻器1計(jì)算依據(jù)假設(shè)濕氯氣經(jīng)電解到氯處理室，溫度由90降至80，進(jìn)入氯處理系統(tǒng)。電解氯氣經(jīng)一段洗滌塔冷卻，溫度從80降至46。由資料查知相關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)：氯氣在水中溶解度：80: 0.002227 kg/kgH2O 56: 0.00355 kg/kgH2O水蒸汽分壓： 80: 45.77kPa 46: 10.1104kPa水的比熱： 50: 4.1868J/(g·) 25: 4.1796 J/(g·) 表2-2 相關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)物料與項(xiàng)目單 位溫 度 8046氯氣比熱容Kcal/(mol·)8.3648.2902水蒸氣熱焓kcal/

13、kg631.4617.42不凝氣比熱kcal/kg0.24260.2426 2物料衡算設(shè)管路中冷凝下來的水量為W1kg，因氯氣在水中的溶解度很小，其溶液可視為理想溶液。由于系統(tǒng)總壓為98.07pa，所以計(jì)算時(shí)可視為101.227kpa。由道爾頓分壓定律得：P水/P總=n水/n總 解得W1=117.097kg故溶解的氯氣量：0.002227×117.097=0.26kg氯水總重量：117.097+0.26=117.357kg由上述計(jì)算得知，進(jìn)入第一鈦冷卻器的氣體組分為：氯氣 8850.26=884.74kg水蒸氣 310117.097=192.903kg不凝氣體 15kg氯氣在一段鈦冷

14、卻器中溫度從80降至46設(shè)在第一鈦冷卻器中冷凝的水量為W2kg，其阻力降為35×9.81pa（35mmH2O），則出口氯氣的總壓為-40×9.81PaP總=101.22735×9.81×10-3=100.933 kpa根據(jù)道爾頓定律有：解得：W2=166.946kg溶解氯氣的量為：166.946×0.00355=0.593kg氯水總重量為：166.946+0.593=167.539kg因此出第一鈦冷卻器的氣體組分為：氯氣 884.740.593=884.147kg水蒸氣 192.903166.946=25.957kg不凝氣體 15kg物料衡算表

15、 a.以生產(chǎn)1t100%NaOH為基準(zhǔn)表2-3 第一鈦冷卻器物料衡算表名稱進(jìn)第一鈦冷卻器kg/t 100NaOH出第二鈦冷卻器kg/t 100NaOH氯氣88474884147水蒸氣19290325957不凝氣體1515氯水167539總計(jì)10926431092643 b.總物料衡算表2-4 第一鈦冷卻器總物料衡算表名稱進(jìn)第一鈦冷卻器kg/t 100NaOH出第二鈦冷卻器kg/t 100NaOH氯氣176948000176829400水蒸氣385806005191400不凝氣體30000003000000氯水33507800總計(jì)2185286002185286003熱量衡算氣體帶入熱量a.氯氣

16、帶入熱量：Q1=884.74/71×8.364×80×4.1868=34909kJb.水蒸氣帶入熱量：Q2=192.903×631.4×4.1868=509948kJc.不凝氣體帶入熱量：Q315×0.244×4.1868×801226kJd.氯氣溶解熱：Q40.593/71×22090185kJQ=34909+509948+1226+185=546268kJ氣體帶出熱量a.氯氣帶熱量：q1884.147/71×8.2902×46×4.186819883kJb.水蒸氣帶熱量：

17、q225.957×617.42×4.186867099kJc.不凝氣體帶出熱量：q315×0.2426×4.1868×46701kJd.氯水帶出熱量：q4167.539×4.1828×5639244kJ q1988367099701+39244126927kJ冷卻水用量冷卻水采用工業(yè)上水，設(shè)進(jìn)口溫度t120，出口溫度t230。定性溫度: T =（t2t1）/2=（2030）/2=25Q =WCCPC(t2t1) (21)其中，Q傳熱速率，W WC流體質(zhì)量流量，kg/s CPC流體比熱容，kJ/(kg) t溫度，。則第一鈦冷卻

18、器用水量為：WC1=Q/ CPC(t2t1)=10032 kg/t100NaOH 冷卻水帶入熱量：10032×4.1796×20838595kJ冷卻水帶出熱量：10032×4.1796×301257892kJ第一鈦冷卻器熱量衡算表 表2-5 第一鈦冷卻器熱量衡算表輸入輸出物料名稱數(shù)量 kg熱量 kJ物料名稱數(shù)量 熱量 kJ氯氣884.7434909氯氣884.14719883水蒸氣192.903509948水蒸氣25.95767099不凝氣體151226不凝氣體15701溶解熱185氯水167.53939244冷卻水10032838595冷卻水10032

19、1257892總計(jì)11224.6431.385×106總計(jì)11124.6431.385×106（二）第二鈦冷卻器1計(jì)算依據(jù)電解氯氣經(jīng)二段洗滌塔冷卻，溫度從46降至18。氯水溫度為20。出口氯氣總壓力為-100×9.81pa（100 mmH2O）。由資料查得相關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)如下：氯氣在水中溶解度：20: 0.00729 kg/kgH2O氯氣比熱容：18: 8.227 kcal/(mol·)水蒸氣分壓：18: 2.0776kPa水蒸氣熱焓：18: 605.34kcal/kg不凝氣體比熱：18: 0.2418kcal/(kg·)水的比熱： 6: 4.1

20、999 J/（g）2物料衡算設(shè)在第二鈦冷卻器總冷凝水量為W3kg，其阻力降為60×9.81pa（60 mmH2O），P總=100.93360×9.81×10-3=100.344 kpa則由道爾頓定律有： 解得W3=19.608kg溶解氯氣量：19.608×0.00729=0.143kg氯水總量：19.608+0.143=19.751kg因此出第二鈦冷卻器的氣體組分為：氯氣 884.1470.143=884.004kg水蒸氣 25.95719.608=6.349kg不凝氣 15kg物料衡算表a.以生產(chǎn)1t100%NaOH為基準(zhǔn)表2-6 第二鈦冷卻器物料衡算

21、表名稱進(jìn)第一鈦冷卻器kg/t100%NaOH出第一鈦冷卻器kg/t100%NaOH氯氣884.147884.004水蒸汽25.9576.349不凝氣1515氯水19.751總計(jì)925.104925.104b.總物料衡算表2-7 第二鈦冷卻器總物料衡算表名稱進(jìn)第二鈦冷卻器kg/t 100NaOH出第二鈦冷卻器kg/t 100NaOH氯氣176829400176800800水蒸氣51914001269800不凝氣體30000003000000氯水3950200總計(jì)1850208001850208003熱量衡算 氣體帶入熱量若不考慮管道散熱，則物料帶入熱量等于物料出一段鈦冷卻器的熱量，即a.氯氣帶入

22、熱量：Q5=19883kJb.水蒸氣帶入熱量：Q6=67099kJc.不凝氣體帶入熱量：Q7617kJd.氯氣溶解熱：Q822.09×103×0.143/7144kJQ=19883+67099+617+4487643kJ氣體帶出熱量a.氯氣帶出熱量：q5884.004/71×8.227×18×4.18687720kJb.水蒸氣帶出熱量：q66.349×605.34×4.186816091kJc.不凝氣體帶出熱量：q715×0.2418×4.1868×18273kJd.氯水帶出熱量：q819.75

23、1×4.1819×201652kJq7720+16091+273+165225736kJ冷凍水用量冷凍水進(jìn)口溫度為4，出口溫度為8，則二段冷卻器冷凍水用量為：WC2= Q/ CPC(t2t1)=3685冷凍水帶入熱量：3685×4.1999×461907kJ冷凍水帶出熱量：3685×4.1999×8123813kJ第二鈦冷卻器熱量衡算表表2-8 第二鈦冷卻器熱量衡算表輸入輸出物料名稱數(shù)量 kg熱量 kJ物料名稱數(shù)量 熱量 kJ氯氣884.14719883氯氣884.0047720水蒸氣25.95767099水蒸氣6.34916091不

24、凝氣體15617不凝氣體15273溶解熱44氯水19.7511652冷凍水368561907冷凍水3685123813總計(jì)4610.1041.496×105總計(jì)4610.1041.496×105（三）硫酸干燥塔（填料塔）1計(jì)算依據(jù)入塔硫酸濃度80，溫度為15，出塔硫酸濃度60，溫度為30。干燥后的氯氣含水量為100ppm。2物料衡算計(jì)算中忽略氯氣在硫酸中的溶解損失，設(shè)每千克80的硫酸吸收的水分為W3kg，則W380/6010.3333設(shè)干燥所需80硫酸量為W4,則0.0001 解得W418.794假定各種因素造成硫酸的損耗為15，則需硫酸量為：18.794×1.1

25、521.613填料塔流出的稀酸量為：18.794×1.333318.794×0.1527.877干燥后氯氣中含水量：6.3490.3333×18.7940.085出填料塔氣體組分為：氯氣 884.004 水蒸氣 0.085 不凝氣體 15物料衡算表 a.以生產(chǎn)1t100%NaOH為基準(zhǔn)表2-9 硫酸干燥塔（填料塔）物料衡算表名稱進(jìn)填料塔kg/t 100NaOH出填料塔kg/t 100NaOH氯氣884004884004水蒸氣63490085不凝氣體1515硫酸2161327877總計(jì)926966926966 b.總物料衡算表2-10 硫酸干燥塔（填料塔）總物料衡算

26、表名稱進(jìn)填料塔kg/t 100NaOH出填料塔kg/t 100NaOH氯氣176800800176800800水蒸氣126980017000不凝氣體30000003000000硫酸43226005575400總計(jì)185393200185393200（四）硫酸干燥塔（泡罩塔）1.計(jì)算依據(jù)進(jìn)塔硫酸濃度為98，溫度為13；出塔硫酸濃度為75，溫度為28。干燥后氯氣含水量1.0×105。2物料衡算設(shè)每千克98硫酸吸收的水分為W5,則W50.98/0.7510.3067設(shè)干燥所需98流酸為W6，1.0×105 解得W6=0.25假設(shè)各種因素造成的硫酸損耗為15，則需硫酸量為：0.25

27、×1.150.2875泡罩塔流出稀酸的量為：0.25×1.30670.25×0.150.3642干燥后氯氣含水量為：0.0850.3067×0.250.0083出泡罩塔氣體組分為： 氯氣 884.004 水蒸氣 0.0083 不凝氣體 15氯氣純度:×100%=96% (V/V) 物料衡算表 a.以生產(chǎn)1t100%NaOH為基準(zhǔn)表2-11 硫酸干燥塔（泡罩塔）物料衡算表名稱進(jìn)泡罩塔kg/t 100NaOH出泡罩塔kg/t 100NaOH氯氣884004884004水蒸氣008500083不凝氣體1515硫酸0287503642總計(jì)8993765

28、8993765 b.總物料衡算表2-12 硫酸干燥塔（泡罩塔）總物料衡算表名稱進(jìn)泡罩塔kg/t 100NaOH出泡罩塔kg/t 100NaOH氯氣176800800176800800水蒸氣170001660不凝氣體30000003000000硫酸5750072840總計(jì)179875300179875300第一篇 氯氣處理第三章 主要設(shè)備設(shè)計(jì)及選型一. 第一鈦冷卻器1確定設(shè)計(jì)方案從電解槽出來的氯氣，一般溫度較高，并伴有大量水蒸氣及鹽霧等雜質(zhì)。這種濕氯氣對(duì)鋼鐵及大多數(shù)金屬有強(qiáng)烈的腐蝕作用，只有某些金屬材料或非金屬材料在一定條件下，才能耐濕氯氣的腐蝕。所以決定選用鈦材料的列管作換熱管，冷卻水走殼程，

29、濕氯氣走管程，并且采用逆流流向。氯氣進(jìn)口溫度80，出口溫度46；冷卻水進(jìn)口溫度20，出口溫度30。2確定物性數(shù)據(jù)流體平均溫度Tm和tmTm1（TiTo）/2（8046）/263tm1（tito）/2（2030）/225平均溫度下的物性數(shù)據(jù) 表3-1 物性數(shù)據(jù)物料項(xiàng)目單位數(shù)據(jù)物料項(xiàng)目單位數(shù)據(jù)水密度g/cm30.99708氯氣密度Kg/m357.84粘度pas0.0008937粘度p1516.8×10-7導(dǎo)熱系數(shù)W/(m)0.60825導(dǎo)熱系數(shù)Kcal/(mh)0.00819比熱容J/(g)4.1796比熱容Cal/(mol)8.324水蒸氣密度Kg/m30.1506不凝氣體密度Kg/m

30、31.016粘度Kgfs/m21.075×10-6粘度Kgfs/m22.059導(dǎo)熱系數(shù)Kcal/(mh)0.01895導(dǎo)熱系數(shù)W/(m)0.02917比熱容Kcal/(kg)0.459比熱容Kcal/(kg)0.243平1516.8×107×0.1×80.97+1.075×106×9.81×17.66+2.019×106×9.81×1.3714.42×106pas平57.84×80.97+0.1506×17.66+1.01×1.3746.874/m3平0.

31、819×102×80.97+1.895×102×17.66+2.425×102×1.371.33×102kcal/(mh)1.547×102w/(m)Cp平8.324/1000×71×80.97+0.459×17.66+0.243×1.370.563kcal/(kg)=2.357J/(g)3設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算依據(jù)：由氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)中查知，第一鈦冷卻器的總傳熱系數(shù)范圍在350550 kcal/(m2h)，即407.05639.65 w/(m2)熱負(fù)荷QQ =(546268-12

32、6927)×200000/7920=10589419kJ/h=2941.7kw假設(shè)k=500 w/(m2)則估算的傳熱面積為A=Q/Ktm (3-1)其中，Q換熱器熱負(fù)荷，W K總傳熱系數(shù)，W/(m2) tm對(duì)數(shù)平均溫差，.tm=36.7則由式（3-1）有A =2941.7×103/(500×36.7)=160.3考慮10的面積裕度，則所需傳熱面積為：A0 =1.1A=1.1×160.3177選用19.05×2，6m長(zhǎng)的Ti0.3Mo0.8Ni鈦鋼管，則所需管數(shù)N= (3-2)其中， A0傳熱面積， d換熱管外徑，m l換熱管長(zhǎng)度，m 。N =

33、502根參考碳鋼19排管圖, 確定排管總數(shù)為518根，Dg 700mm，管程，管子采用三角形排管, 管心距 24 折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25，則切去圓缺高度為h0.25×700175，折流板間距取B=0.8DG0.8×700=560，折流板厚度16折流板數(shù)Nb=1 (3-3)=110塊拉桿 參考鈦制化工設(shè)備設(shè)計(jì)知，拉桿數(shù)量為6，拉桿直徑為10接管a.殼程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)流體流速為u12m/s，則接管內(nèi)徑為：D1= (3-4)其中，V流體的體積流量，m3/s u流體在接管中的流速，m/s。 D10.212mb.管程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)流

34、體流速為u220 m/s則接管內(nèi)徑為：D2 =0.102m圓整后，取殼程流體進(jìn)出口接管規(guī)格為：273×8，管程流體進(jìn)出口接管規(guī)格為133×6。4第一鈦冷卻器的核算（1）殼程流體傳熱膜系數(shù)o 用克恩法計(jì)算 o0.36（）Re0.55Pr1/3（）0.14 (3-5) 其中，導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2·)，de公稱直徑，m，Re雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次，Pr普蘭特準(zhǔn)數(shù)，無因次。a.當(dāng)量直徑：de (3-6)0.0143m 其中，t管間距，m， do換熱管外徑，m b.殼程流通截面積 So BD(1-) (3-7)0.56×0.7（10.01905/0.024）0.08 其

35、中，B折流板間距，m， D殼體公稱直徑，m， c.殼程流體流速 uoVs/So (3-8)0.735m/s 其中，Vs流體在殼體的體積流量，m3/h。d.雷諾數(shù)Reo (3-9)11726 其中，uo流體在殼程的流速，m/s， 流體密度，kg/m3， 流體粘度，pa·s。e.普蘭特?cái)?shù) Pr (3-10)6.14其中，Cp流體比熱，kJ/(kg·)。粘度校正（）1.05，則由式（3-5）得：o0.36×0.60825/0.017×117260.55×6.141/3×1.050.144884 W/(m2·)（2）管內(nèi)傳熱膜系數(shù)i

36、i0.023Re0.8Pr0.3 (3-11)a.管程流體流通截面積 Si0.785×0.015052×518/60.015b.管程流體流速 ui=Vs/Si=10.9m/sd.雷諾數(shù) Rei533249e.普蘭特?cái)?shù) Pr2.197則由式（3-11），得： i0.023×0.01547/0.01505×5714720.8×2.200.31207 W/(m2·)（3）污垢熱阻和管壁熱阻管外側(cè)污垢熱阻：Rso1.7197×104 m2·/W管內(nèi)側(cè)污垢熱阻：Rsi0.0002 m2·/WTi0.3Mo0.8Ni

37、在該條件下的導(dǎo)熱系數(shù)為0.046cal/（s·cm2·），即w0.046×4.1868×10219.26 W/(m2·)（4）總傳熱系數(shù)+ Rso+ Rsi+ (3-12)+0.00017197+0.0002×+0.0019K1=526.3 W/(m2)（5）校核有效平均溫差R1=3.4 P1=0.167t× (3-13) =× =0.96tm1ttm1 (3-14)=0.96×36.7=35.23 其中，tm按逆流計(jì)算的對(duì)數(shù)平均溫度差， t溫度差校正系數(shù)，無因次。t= Tm1tm1632538<5

38、0該溫差較小，不需設(shè)溫度補(bǔ)償裝置，因此選用固定管板式換熱器。（6）傳熱面積裕度Sn158.6該換熱器的實(shí)際傳熱面積：So=3.14×0.01905×6×518 =185.9該換熱器的面積裕度為：F=×10017該換熱器能夠完成任務(wù)。（7）流體的流動(dòng)阻力a.管程壓強(qiáng)降：Pi=(P1+P2)FtNpNs (3-15) 其中，P1，P2分別為直徑及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強(qiáng)降，pa Ft結(jié)垢校正因數(shù)，無因次，取1.5， Np管程數(shù)， Ns串連的殼程數(shù)。管程流通面積SI=0.08，流速10.9m/s,雷諾準(zhǔn)數(shù)533249（湍流）。設(shè)管粗糙度 , 查關(guān)系圖得 =

39、0.03 =0.03×× =33393 Pa因?yàn)闆]有彎管，即 則由式（3-15）得： Pa b.殼程壓強(qiáng)降： (3-16) 其中，P1流體橫過管束的壓降，pa P2流體流過折流板缺口的壓強(qiáng)降，pa Fs殼程壓強(qiáng)降的結(jié)垢正因數(shù)，無因次，取1.15 Ns串連殼程數(shù)。 (3-17) 其中，F(xiàn)管子排列方式對(duì)壓強(qiáng)降的校正因數(shù) fo殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)Re>500，f=5.0Re-0.228 Nc橫過管束中心線的管子數(shù) NB折流擋板數(shù)管子為三角形排列，F(xiàn)=0.5，NB=10，Nc=1.1=1.1=25，So=0.08,uo=0.735m/s，Re=11726>500，所以

40、 =0.59 由式（3-17），得： =21849 Pa (3-18) =10×（3.5）× =5117 Pa Po=（21849+5117）×1.15=31011 Pa殼程和管程的壓力降幾乎都能滿足要求。二. 第二鈦冷卻器 從第一鈦出來的氯氣需要進(jìn)一步冷卻，進(jìn)入第二鈦冷卻器。從車間布置、設(shè)備維修等多方面的考慮，第二鈦冷卻器與第一鈦冷卻器選取同種型號(hào)，進(jìn)行核算即可。1第二鈦冷卻器核算（1）熱負(fù)荷Q Q2=61907×200000/（7920×3600）=434.25 KW（2）流體平均溫度及對(duì)數(shù)平均溫度差 Tm2=（46+18）/2=32 tm

41、2= （4+8）/2 =6（3）平均溫度下的物性數(shù)據(jù)見下表 表3-2 物性數(shù)據(jù)表物料項(xiàng)目單位數(shù)據(jù)物料項(xiàng)目單位數(shù)據(jù)冷凍水密度kg/m3999.97濕氯氣密度Kg/m328.922粘度cp1.4728粘度Pas1376.2×10-7導(dǎo)熱系數(shù)W/(m)0.56522導(dǎo)熱系數(shù)kcal/(mh)0.007406比熱容J/(g)4.1999比熱容cal/(mol)8.2588（4）殼程結(jié)熱系數(shù)de=0.017m，So=0.08，uoVs/So0.32m/sReo3694Pr10.94粘度校正（）0.141，則由式（3-5）得：o0.36×0.56522/0.017×36940

42、.55×10.941/3×1=2435 W/(m2·)（5）管程結(jié)熱系數(shù)iSi 0.785×0.015052×518/60.015 ui=Vs/Si14.96m/s Rei473167 Pr3.923則由式（3-11）得：i0.023×0.008613/0.01505×4731670.8×3.9230.3689 W/(m2·)（6）污垢熱阻和管壁熱阻管外側(cè)污垢熱阻：Rso1.7197×104 m2·/W管內(nèi)側(cè)污垢熱阻：Rsi0.0002 m2·/WTi0.3Mo0.8Ni在該條件下的導(dǎo)熱系數(shù)為0.046cal/（s·cm2·），即w0.046×4.1868×10219.26 W/(m2·)